HORN ANTENNA

TUGAS

MATA KULIAH TOPIK KHUSUS ANTENA

SUDIRMAN MALIANG

D41106007

KONSENTRASI TEKNIK TELEKOMUNIKASI DAN INFORMASI

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2010

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 ANTENA

Antena (antenna atau areal) adalah perangkat yang berfungsi untuk memindahkan

energi gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara atau sebaliknya dari

udara ke media kabel. Karena merupakan perangkat perantara antara media kabel dan

udara, maka antena harus mempunyai sifat yang sesuai (match) dengan media kabel

pencatunya.

1.2 KLASIFIKASI JENIS ANTENA

Terdapat banyak cara untuk mengklasifikasikan jenis antena di dalam sistem

komunikasi wireless. Salah satu model pengelompokan jenis antena yakni

berdasarkan konfigurasi struktur material penyusunnya. Berdasarkan sudut pandang

ini, antena dapat dibagi ke dalam beberapa jenis antena seperti wire, aperture,

microstrip, array, reflector, dan lens antenna.

1.3 HORN SEBAGAI ANTENA APERTURE

Aperture antenna atau antena apertur mungkin lebih dikenal oleh orang-orang awam

saat ini dibandingkan di masa lalu karena peningkatan kebutuhan untuk bentuk yang

lebih sederhana dari antena-antena dan peralatan frekuensi tinggi. Beberapa bentuk

dari antena apertur ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Antena-antena pada tipe

ini sangat bermanfaat untuk aplikasi pada pesawat dan kendaraan angkasa. Ditambah

lagi, antena-antena ini dapat dilapisi dengan sebuah bahan dielektrik untuk

melindunginya dari sejumlah pengaruh faktor kimiawi dan fenomena fisika lainnya

yang berasal dari lingkungan komunikasi wireless.

BAB II

ANTENA HORN

Antena horn merupakan antena yang paling banyak dipakai dalam sistem komunikasi

gelombang mikro. Antena ini ada dan mulai digunakan pada tahun 1800-an.

Antena ini mempunyai gain yang tinggi, VSWR yang rendah, lebar pita

(bandwidth) yang relatif besar, tidak berat, dan mudah dibuat.

2.1 JENIS-JENIS ANTENA HORN

Berdasarkan bentuk luasannya, antena horn diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu

antena horn persegi (rectangular horn antenna) dan antena horn kerucut (conical

horn antenna).

Gambar : Jenis-jenis antenna Horn

2.2 PENGGUNAAN ANTENA HORN

Antena horn digunakan secara luas, diantaranya sebagai elemen penerima untuk

radio astronomi, tracking satelit, serta sebagai pencatu pada reflektor antena

parabola. Jenis antena horn yang sering dipakai dalam praktek adalah antena horn

piramida, karena itu dalam makalah ini akan dijelaskan karakteristik dari antena horn,

khususnya mengenai pola radiasi, faktor penguatan dan keterarahannya. Horn

dapat dianggap sebagai bumbung (pandu) gelombang yang dibentangkan

sehingga gelombang-gelombang di dalam pandu tersebut menyebar menurut suatu

orde tertentu dan akan menghasilkan suatu distribusi medan melalui mulut horn

sehingga dapat dianggap sebagai sumber radiasi yang menghasilkan distribusi

medan melalui suatu luasan tangkap. Amplitudo dan fase medan pada bidang

mulut horn tergantung pada jenis dan mode gelombang catu yang masuk ke horn

melalui pandu gelombang dan tergantung pada sifat-sifat horn.

2.3 SIFAT-SIFAT ANTENA HORN

Karakteristik medan-medan radiasi misalnya: pola radiasi, faktor penguatan,

keterarahan dan sebagainya sangat ditentukan oleh dimensi antena horn, seperti

panjang horn R (ρ1 atau ρ2 ), lebar a dan tinggi b atau ukuran-ukuran aperture.

Penguatan maksimum dari antenna horn diuraikan dengan persamaan:

Gain Optimum Horn = 10 [0.808 + log a/λ x log b/λ]

Sedangkan directivity untuk sebuah antenna horn adalah:

D = 4π Ae//λ2

= 2π εap Ap//λ2

Untuk antenna horn rectangular Ap = aEaH, diperoleh εap = 0.6, maka persamaan

menjadi:

D = 7.5 Ap/ λ2 atau

D = 10 log 7.5 Ap/ λ2

dBi

2.4 ANTENA HORN PERSEGI

Ada tiga macam antena horn persegi seperti ditunjukkan. Antena horn ini dicatu

melalui pandu gelombang yang dindingnya melebar. Untuk pandu gelombang

dengan mode dominan, bidang-E berada dibagian vertikal sedangkan bidang-H

berada dibagian horisontal. Antena horn yang mengalami pelebaran pada bidang

yang lebar serta bidang yang sempit tidak mengalami perubahan dinamakan antena

horn sektoral bidang-H. Dan sebaliknya, jika antara horn ini mengalami

pelebaran pada bidang yang sempit dinamakan sebagai antena horn sektoral

bidang-E. Jika kedua bidang antena mengalami pelebaran maka disebut sebagai

antena horn piramida.

Gambar: Antena horn persegi

2.5 ANTENA HORN PIRAMIDA

Antena horn persegi yang paling populer adalah antena horn jenis piramida

(pyramidal horn antenna).

Antena horn piramidal merupakan antena celah (aperture antenna) berbasis saluran

pandu gelombang persegi (rectangular waveguide), sedangkan mulutnya melebar ke

arah bidang medan listrik (E) dan bidang medan magnet (H), sehingga bentuk akhir

antena ini menyerupai piramida.

2.6 KONSTRUKSI ANTENA HORN

Seperti yang ditunjukan gambar berikut, antena ini mengalami pelebaran pada

kedua sisinya. Ukuran dari penampang pandu gelombangnya adalah a dan b,

dengan a adalah bagian yang lebih lebar dari pada bagian b.

Gambar: Bentuk geometri antena horn piramida

Gambar (a) Sektoral bidang-E (b) Sektoral bidang-H

Dari gambar (bidang-E) secara geometris dimensi antena horn bisa dinyatakan

sebagai berikut:

Sedangkan untuk bidang-H dimensinya dapat dinyatakan dengan:

ρe2

= ρ22 + *

+

αe = tan-1

*

+

ρh2 = ρ1

2 + *

+

Dengan : Pe = Ph = Pp

a1, b1 = ukuran mulut antena horn

a, b = ukuran dari penampang pandu gelombang

Gambar: Antena Horn

αh = tan-1

*

+

2.7 POLA RADIASI ANTENA HORN

Pola radiasi suatu antena didefinisikan sebagi suatu pernyataan secara grafis yang

menggambarkan sifat radiasi suatu antena (pada medan jauh) sebagian fungsi dari

arah itu adalah pointing vektor, maka ia disebut sebagai Pola Daya (Power Pattern).

Gambar : Pola radiasi antenna horn

Untuk menentukan pola radiasi antena horn piramida sebagai fungsi dari medan

jauh, maka terlebih dahulu ditentukan medan listriknya pada luasan (mulut) horn.

Ey = E0 cos

Hx =

Zg =η [ (

)

]

Dengan : E0 = konstanta

βg = konstanta fase di dalam pandu gelombang

η = impedansi intrinsic

Gambar: Deskripsi Pola Radiasi Antena Horn.

2.5. TEOREMA LUASAN TANGKAP (APERTURE)

Suatu antena yang mempunyai struktur berupa suatu luasan yang dilalui

gelombang elektromagnetik dinamakan antena luasan (aperture antenna). Antena

horn adalah merupakan salah satu contoh dari antena luasan. Konsep dari aperture

ditunjukkan sangat sederhana, yaitu dengan mempertimbangkan suatu antena

penerima. Andaikata bahwa antena penerima adalah suatu horn elektromagnetik

yang dibenamkan didalam medan dari suatu gelombang datar serba sama.

Ambilah vektor poynting, atau kerapatan power dari gelombang datar S watt

permeter persegi. Apabila horn menyerap semua power dari gelombang melalui

seluruh luasan a1, maka power P yang diserap dari gelombang adalah [2] :

P = S . A (watt)

Sehingga, horn elektromagnetik dapat dianggap sebagai suatu aperture. Power

total yang diserap dari gelombang yang melaluinya menjadi sebanding dengan

aperture atau luasan mulut.

2.6. WAVEGUIDE

Waveguide adalah saluran tunggal yang berfungsi untuk menghantarkan

gelombang elektromagnetik (microwave) dengan frekuensi 300 MHz – 300 GHz.

Dalam kenyataannya, waveguide merupakan media transmisi yang berfungsi

memandu gelombang pada arah tertentu. Secara umum waveguide dibagi menjadi

tiga yaitu, yang pertama adalah Rectanguler Waveguide (waveguide dengan

penampang persegi) dan yang kedua adalah Circular Waveguide (waveguide

dengan penampang lingkaran), dan Ellips Waveguide (waveguide dengan

penampang ellips).

Dalam waveguide diatas mempunyai dua karakteristik penting, yaitu :

1. Frekuensi cut off, yang ditentukan oleh dimensi waveguide.

2. Mode gelombang yang ditransmisikan, yang memperlihatkan ada tidaknya

medan listrik atau medan magnet pada arah rambat.

Faktor-faktor dalam pemilihan waveguide sebagai saluran transmisi antara lain :

1. Band frekuensi kerja, tergantung pada dimensi.

2. Transmisi daya, tergantung pada bahan.

3. Rugi-rugi transmisi, tergantung mode yang digunakan.

Pemilihan waveguide sebagai pencatu karena pada frekuensi diatas 1 GHz, baik

kabel pair, kawat sejajar, maupun kabel koaksial sudah tidak efektif lagi

sebagai media transmisi gelombang elektromagnetik. Selain efek radiasinya yang

besar, redamannya juga semakin besar. Pada frekuensi tersebut, saluran transmisi

yang layak sebagai media transmisi gelombang elektromagnetik (microwave)

adalah Waveguide.

Waveguide merupakan konduktor logam (biasanya terbuat dari brass atau

aluminium) yang berongga didalamnya, yang pada umumnya mempunyai

penampang berbentuk persegi (rectanguler waveguide) atau lingkaran (circular

waveguide). Saluran ini digunakan sebagai pemandu gelombang dari suatu sub

sistem ke sub sistem yang lain. Pada umumnya di dalam waveguide berisi

udara, yang mempunyai karakteristik mendekati ruang bebas.

Waveguide Persegi

Waveguide persegi adalah pandu gelombang dengan penampang persegi dan

model ini sering digunakan dalam praktik. Hal ini disebabkan karena

perencanaan, analisa serta pembuatannya relatif mudah. Dalam analisanya,

waveguide persegi memberikan hasil yang sederhana, dengan menggunakan

koordinat siku-siku (kartesian). Dapat dilihat pada gambar berikut.

Gambar: Sistem koordinat untuk waveguide

2.7. PERKEMBANGAN ANTENA HORN

Ridge Horn

Perkembangan antenna horn sekarang ini begitu pesat terutama dalam memodifikasi

bentuknya. Hal ini disebabkan karena antenna horn konvesional memiliki

keterbatasan bandwidth. Selain itu para peneliti ingin mencari antenna yang

broadband, ultra wide band, dan antenna yang memiliki gain yang tinggi. Salah satu

dari modifikasi itu adalah penambahan ridge horn. Central Ridge memuati waveguide

dan itu bermanfaat untuk meningkatkan bandwidth dengan menurunkan frequency

cutoff dari mode dominan.

Pemandu rectangular dengan single ridge terlihat dalam gambar a dan double ridge

pada gambar b.

Sebenarnya frequency cutoff dapat diturunkan dengan menempatkan material

dielektric dalam waveguide.Tapi ini tidak meningkatkan bandwidth bahkan dapat

menyebabkan losses yang meningkat.

Dengan membuat stuktur double ridge dari waveguide dalam pyramidal horn

seperti pada gambar.13-27 penggunaan bandiwtdth dari horn dapat ditingkatkan

berlipat-lipat. Dimana double ridge tersebut menggunakan coaxial feed dan diletakan

memotong salah satu bagian dari ridge. Double ridge juga menghasilkan single

polarization.

Selain double ridge terdapat metode lain dalam meningkatkan performansi

dari suatu antenna horn yaitu penggunaan quad-ridge square waveguide. Quad-ridge

square waveguide dapat menghasilkan dual orthogonal linear polarization dengan

menggunakan dual- coaxial feed dalam ridge-nya. Seperti pada gambar berikut.

BAB III

PENUTUP

KESIMPULAN

- Antena (antenna atau areal) adalah perangkat yang berfungsi untuk

memindahkan energi gelombang elektromagnetik dari media kabel ke udara

atau sebaliknya dari udara ke media kabel.

- Berdasarkan sudut pandang ini, antena dapat dibagi ke dalam beberapa jenis

antena seperti wire, aperture, microstrip, array, reflector, dan lens antenna.

- Antena horn merupakan antena yang paling banyak dipakai dalam sistem

komunikasi gelombang mikro karena mempunyai gain yang tinggi, VSWR

yang rendah, lebar pita (bandwidth) yang relatif besar, tidak berat, dan

mudah dibuat.

- Dengan melihat pola radiasinya, antenna Horn digolongkan sebagai antenna

directional yang memancar dengan pengarahan.

- Berdasarkan bentuk luasannya, antena horn diklasifikasikan dalam dua jenis

yaitu antena horn persegi (rectangular horn antenna) dan antena horn

kerucut (conical horn antenna).

- Horn dapat dikembangkan menjadi antenna horn ridge untuk memperbesar

lebar band dari antenna horn konventional.

REFERENSI

- Krous, John D. 1988. “Antenas”. McGraw-Hill Book Company.

- Balanis, C.A. 2005. Antenna Theory Analysis and Design. 3rd

Edition. New

Jersey : John Wiley and Sons.

- Paramita, Rizqi. 2008. “Desain dan Implementasi Antena Horn Piramidal

untuk Link Line Of Sight Wireless LAN 2,4 GHz”. Surabaya : Politeknik

Negeri Elektronika Surabaya Institut Teknologi Sepuluh November.

- www.wikipedia.org (keyword: horn antenna)

- www.image.google.co.id (keyword: radiaton pattern horn antenna)

Sudirman Maliang

D41106007